Bitkilerden ilham alan doğal kaplamalar kimyasalları sonsuza kadar yenebilir

Polifloroalkil maddeler (PFAS), çevre ve insan vücudu üzerinde yarattıkları etki nedeniyle “sonsuza kadar kimyasallar” olarak bilinir. Modern imalatın çoğu, güvenli paketleme, yangından korunma ve su geçirmez kaplamalar için bu maddelere güvenmektedir.

PFAS’ın insan sağlığı ve çevre üzerindeki milyarlarca dolarlık ekonomik yüküne rağmen, PFAS malzemeleri nispeten uygun fiyatlı ve bol miktarda bulunmaktadır. Dolayısıyla WashU kimya mühendisleri üretim ihtiyaçlarını karşılayan bir alternatif bulmak istediğinde, aynı zamanda uygun fiyatlı ve bol bulunan farklı bir malzemeye yöneldiler: lignin veya bitki atığı malzemesi. Yayınlanan yeni araştırmada KonuSt. Louis’deki Washington Üniversitesi’nden araştırmacılar, lignin ve yağ asitlerini SLIP adı verilen uygulanabilir bir PFAS ikamesine veya süperhidrofobik ligninle entegre parçacıklara dönüştürmek için kullanılan kimyasal süreçleri özetlemektedir.

Lucy & Stanley Lopata Profesörü ve WashU McKelvey Engineering’in enerji, çevre ve kimya mühendisliği başkanı Joshua Yuan, “Aslında bu atık malzemeyi değerli bir ürüne dönüştürmek için kullanıyoruz” dedi. WashU’daki Biyoimalat için NSF Karbon Kullanımının Yeniden Tasarımı (CURB) Enerji Araştırma Merkezi’nin direktörü olarak görev yapan Yuan, petrokimya bazlı malzemelerin yerini alacak çözümler bulmak için uzun süredir doğal dünyadan ilham alıyor.

Bitki dokusundan ilham alan su yalıtımı

SLIP’te araştırmacılar, PFAS’ın yerini alacak ve toksik yan etkileri ortadan kaldıracak uygun bir su geçirmez kaplama buldular. Yuan, “Çevrede sonsuza kadar kalmayacak ve bozunabilir” diye ekledi.

SLIP’i yapmak için, ilk yazarlar Puneet Dhatt ve Weiwei Li’nin de aralarında bulunduğu Yuan ve ekibi, ksilem adı verilen bitki damar dokusundan ilham aldı. Ksilemin içinde, suyu bitki boyunca taşıyan, suberin adı verilen su geçirmez bir molekül bulunur. Ekip, lignini yağ asitlerine bağlayarak suberinin yapısını lignin parçacıklarına dahil etti ve ayrıca bir polilaktik asit (PLA) bağlayıcı ekledi. Ortaya çıkan malzeme süperhidrofobik performans gösterdi ve mekanik sağlamlık ve ultraviyole stabilitesi özelliklerini içeriyordu.

Araştırmacılar, PFAS’ın yaptığı her şeyin bu olmadığını, ancak özellikle modern imalatta kullanılan çok sayıda su geçirmez kaplama göz önüne alındığında önemli bir başlangıç ​​olduğunu söyledi.

Testler suyun yeni SLIP malzemesinden sıçradığını gösteriyor. “Su hemen akacak” diyen Dhatt, malzemenin ahşabı parçalayan mantarlarla test edildiğini ve kaplamanın beklenen süre içinde zararsız organik maddeye dönüşebileceğini gösterdiğini de sözlerine ekledi.

Dhatt, lignin ve yağ asidinin “çevrede uzun süre bozulmak üzere evrimleştiğini” belirtti ve ikame malzemenin sonsuza dek sürecek kimyasalların toplumsal maliyetinin önlenmesine yardımcı olabileceğini söyledi.

Potansiyel tasarruflar ve daha geniş uygulamalar

WashU ekibi, PFAS’ı değiştirmenin maliyet tasarrufunu tahmin etmek için Texas A&M Üniversitesi’ndeki araştırmacılarla işbirliği yaptı. Sonsuza dek kimyasalların insan sağlığı ve çevre üzerindeki küresel etkilerine bakan Teksaslı araştırmacılar, sonsuza kadar kimyasalların su yalıtımında SLIP ile değiştirilmesiyle önlenen toplam toplumsal hasarın yıllık 1,1 milyar dolara ulaşabileceğini tahmin etti.

Şimdilik bilim insanları bu yeni kaplamaya özellikler eklemeye devam edecek. SLIP, ambalajlamada ve inşaat malzemesi kaplamalarında kullanılabilir, ancak bir sonraki adım, uygulamalarını genişletmek için onu yağa ve yanmaz hale getirmek olacaktır. Ekip ayrıca süreci büyütmek ve biyorafineri, kağıt ve kağıt hamuru endüstrilerine entegre etmek için çalışıyor.

Yuan, “Bu çalışma, doğadan öğrendiğimiz ve toplumumuz için kritik öneme sahip, doğal polimerlere benzer bir yaşam döngüsüne sahip, her şeyin zarar vermeden bozunabileceği sürdürülebilir bir malzeme tasarladığımız mükemmel bir örneği temsil ediyor” dedi.